[发明专利]基于毫米波全息三维成像的人体安检系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种人体安检系统，尤其涉及一种基于毫米波全息三维成像的人体安 检系统及方法。

背景技术

近年来，安全问题日益得到世界人民的关注，对安检系统的可靠性与智能化也提 出了更高的要求。传统的金属探测器只能对近距离小范围目标进行检测，效率低，已远远不 能满足安检的需求。尽管X光等各种射线具有很强的穿透力，但会对被测人体造成辐射伤 害，即使当前存在低辐射剂量的X光机，但其依然不容易被公众接受。红外线是靠物体表面 温度成像，在有织物遮挡的情况下无法清晰成像。而毫米波成像系统不仅可以检测出隐藏 在织物下的金属物体，还可以检测出塑料手枪，炸药等危险品，获得的信息更加详尽、准确， 可以大大地降低误警率。因此，近年来毫米波成像技术在人员安检等方面得到了更加广泛 的应用。

毫米波成像系统一般有主动和被动两种工作模式。被动毫米波PMMW(Passive MillimeterWave)成像系统基本原理是基于自然界中的任何物体都不停地辐射电磁波，该 电磁波由不同频率的非相关波组成，它们是随机的，并具有很宽的频谱和不同的极化方向， 不同的物体在不同波段的辐射率不同。被动毫米波成像是指依靠35GHz、94GHz、140GHz、 220GHz毫米波的大气传播窗口，接收目标及背景亮温的微小差异以区别不同的物体 (Appleby.R.,etal.IEEETransactionson,2007,55(11):2944-2956)。目标的亮温主要 由3部分组成，即自身的辐射、对环境噪声的反射和背景噪声的透射。相对介电常数较高或 导电率较高的物质，辐射率较小，反射率较高。在相同的温度下，高导电材料相比低导电材 料的辐射温度低，即较冷。

一般来说，被动毫米波成像系统由接收天线、毫米波辐射计、扫描机构和信号处理 单元组成。系统的温度分辨率和空间分辨率是衡量成像效果的重要参数。相对于室外成像， 室内成像需要更高的温度分辨率。

上世纪90年代中期美国就开始进行了第一代毫米波辐射计成像系统的研究工作， 早期的毫米波成像系统普遍存在的问题就是扫描时间长、灵敏度不足等问题。被动毫米波 焦平面阵列成像系统具有代表性成果的研究机构针对以上问题都做出了不同的应对方案 和产品。比如美国Millivision公司的Millivision检测门，该系统采用线扫描结构，接收器 为4排，每排64个，相邻两排纵向间隔为每排中两单元间隔的1/4。系统在1m远处视场为 1.92m×0.768m，分辨率为3mm×3mm，像素为640×256。每幅图像成像时间为10s(Huguenin G.Richard.SPIE,1997,2938:152-159)；Brojot公司开发的商用实时隐藏武器侦测照相机； TRW公司的由1040个W波段接收机集成的FPA(焦平面阵列)的3mm室外成像系统等等。虽然被 动毫米波成像系统结构简单，实现成本较低，但是成像时间太长，成像分辨率较低，无法具 体实用化和商业化，所以很多研究机构都随之转向主动毫米波成像系统的研究。

主动毫米波成像系统目前做得最好的是美国L-3公司的旋转扫描三维全息毫米波 成像系统，其研究的技术成果来源于美国太平洋西北国家实验室PNNL(PacificNorthwest NationalLaboratoty)。该系统采用垂直方向排布天线，水平方向旋转120°扫描的方式产 生人体正面和背面两幅图像(DouglasL.McMakin,etal.SPIE,2007,6538:1-12)，图像算 法上则是将得到的信息进行全息反演计算实现三维全息成像。此项技术已经授权给L- 3Communications和SaveView公司并商业化用于各个发达国家的大型机场、火车站和国 际码头。但是该系统的两排收发天线阵列总共包含有384个收发单元，每列就有192个收发 单元，结构相当复杂，成本也非常高。